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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Puissant stabilisateur de tension constante à impulsion. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Parasurtenseurs Parmi les stabilisateurs de tension d'impulsion, une classe spéciale est formée par les dispositifs dotés d'un principe de largeur d'impulsion (PW) de régulation de la tension de sortie. Leur propriété distinctive est la constance du niveau d'ondulation sur toute la plage du courant de charge. Il est possible de synchroniser le stabilisateur avec les appareils numériques alimentés, ce qui permet dans certains cas de simplifier la question de leur compatibilité. Le stabilisateur est conçu pour alimenter les équipements électroniques fabriqués sur des puces numériques. Il dispose d'un démarrage progressif sans surtensions de sortie, d'une protection du courant de charge à deux étages avec retour automatique au mode de fonctionnement une fois la surcharge supprimée et est capable de rester en mode de fermeture du circuit de sortie pendant une longue période. Le schéma de principe du stabilisateur est illustré à la Fig. 1
Un générateur d'horloge d'impulsions rectangulaires est réalisé sur les éléments DD1.1, DD1.2. Un circuit composé de la résistance R9 et de la capacité d'entrée de l'élément DD2.2 crée un certain retard des impulsions. Ainsi, à la sortie de l'élément DD2.2 se trouve un signal rectangulaire, retardé par rapport au signal à la sortie de l'élément DD1.1 de 0,4...0,5 µs. L'unité de contrôle de largeur d'impulsion est construite sur les éléments DD1.3, DD2.1, DD2.2 et le déclencheur DD3.1. Les impulsions de commande pour l'élément clé du stabilisateur sont générées par le déclencheur DD3.1. Au front de l'impulsion retardée du générateur, le déclencheur passe à l'état simple. Le circuit R2C2 génère des impulsions de tension triangulaires d'une amplitude d'environ 2.1 mV à l'entrée supérieure de l'élément DD100. Le déclencheur passe à l'état 0 à l'entrée R. Au démarrage, la tension de sortie au premier instant est nulle et à l'entrée (broche 2) de l'élément DD2.1 n'agissent que des impulsions triangulaires dont l'amplitude est inférieure à la tension de seuil de l'élément (pour les microcircuits CMOS utilisés dans le stabilisateur, il est égal à 0,55...0,6 de leur tension d'alimentation). Un seul signal est actif à l'entrée inférieure de l'élément DD1.3 et le déclencheur DD3.1 passe à l'état zéro lorsqu'un signal de bas niveau apparaît à la sortie de l'élément DD1.1. Dans ce cas, la durée d'un seul état du déclencheur DD3.1 est maximale et proche de l'alternance des oscillations du générateur, ce qui correspond au temps maximum de l'état ouvert de l'élément clé. Lorsque la tension de sortie atteint la zone de régulation, la tension à l'entrée supérieure de l'élément DD2.1 aura le temps d'augmenter jusqu'à la valeur seuil avant que la décroissance des impulsions n'apparaisse à l'entrée supérieure de l'élément DD1.3, et la durée de l'état unique du déclencheur DD3.1 diminue jusqu'à la valeur en régime permanent. A partir de ce moment, l'augmentation de la tension de sortie s'arrête - l'appareil passe en mode stabilisation. Si, pour une raison quelconque (par exemple, une forte diminution du courant de charge), la tension de sortie augmente, alors l'impulsion de sortie unique du déclencheur devient encore plus courte et la tension de sortie du stabilisateur se rapproche à nouveau de sa valeur stable. La sortie de l'unité de commande SHI est connectée à l'entrée d'un amplificateur d'impulsions utilisant les transistors VT2, VT3, qui est un générateur de courant stable contrôlé avec une sortie de transformateur. Le courant traversant l'enroulement secondaire du transformateur T3 est déterminé par la résistance de la résistance R11 et est égal à environ 1,5 A. Le contrôle du transistor clé VT4 à partir du générateur de courant permet d'accélérer ses processus de commutation et d'obtenir une faible valeur de tension de saturation. Lorsque le déclencheur DD3.1 est dans un état unique, le générateur de courant assure un courant constant à travers l'enroulement primaire du transformateur T3 pendant l'impulsion de sortie de l'unité de commande. Une composante linéairement croissante du courant magnétisant apparaît dans l’enroulement primaire. L'inductance de l'enroulement primaire du transformateur T3 est choisie de telle sorte que la valeur maximale du courant magnétisant ne dépasse pas 10...15 % du courant de collecteur du transistor VT2. Ainsi, le courant de base du transistor VT4, tant qu'il est ouvert, reste pratiquement inchangé. Après la fermeture du transistor VT2, le transformateur T3 est déconnecté de la source d'alimentation et la composante du courant magnétisant commence à diminuer, circulant à travers le circuit VD8VD9R15. Cela entraîne un changement de polarité de tension sur les deux enroulements du transformateur. L'application d'une tension négative à la jonction émetteur du transistor VT4 assure sa fermeture forcée. caractéristiques techniques
Lorsque le transistor VT4 est fermé, la différence entre la tension d'entrée et de sortie est appliquée à l'inductance L3 et le courant qui la traverse augmente. Après la fermeture du transistor VT4, le courant dans l'inductance ne peut pas être interrompu instantanément, donc les diodes VD11, VD12 s'ouvrent, formant un circuit pour la circulation du courant. À la valeur d'inductance spécifiée, l'amplitude. la composante alternative du courant de l'inductance (et donc des condensateurs de filtrage C10-C13) est de 3 A avec une valeur de courant moyenne allant jusqu'à 15 A. Afin de réduire l'ondulation de la tension de sortie, il est nécessaire d'assembler le filtre en connectant plusieurs condensateurs en parallèle. Pour un meilleur lissage, un filtre L4C14 supplémentaire est installé, qui réduit l'amplitude d'ondulation de 3 à 5 fois et empêche la pénétration d'interférences haute fréquence dans la charge. Pour réduire les pertes dynamiques du transistor VT4 lors de sa commutation, des éléments supplémentaires T2, VD5, C7, L2 et le circuit C9R16VD10 ont été introduits dans le dispositif. A chaque période de fonctionnement du dispositif, lorsque le transistor VT4 est ouvert, sa tension de saturation atteint sa valeur d'équilibre en plusieurs dizaines de nanosecondes. La diode VD10 est fermée et n'affecte pas le taux de diminution de cette tension. Le courant de collecteur du transistor VT4 augmente à un rythme déterminé par l'inductance de l'enroulement primaire du transformateur T2 et atteint une valeur de 12...15 A en un temps d'environ 2 μs. Ainsi, l'augmentation du courant collecteur du transistor VT4 se produit à une faible valeur de sa tension de saturation, ce qui réduit fortement les pertes dynamiques dans le transistor lors de son ouverture. Après le temps spécifié, le circuit magnétique du transformateur T2 est saturé, la tension sur ses enroulements diminue jusqu'à zéro et jusqu'à la fin de la période cela n'affecte pas le fonctionnement du stabilisateur. Lorsque le transistor VT4 est fermé, la tension sur les enroulements du transformateur T2 change de signe, la diode VD5 s'ouvre et l'énergie stockée dans le transformateur est convertie en charge sur le condensateur C7. Dans le même temps, la tension entre le collecteur et l'émetteur du transistor VT4 commence à augmenter, la diode VD10 s'ouvre, connectant le condensateur C9 en parallèle avec ce transistor. Désormais, le taux d'augmentation de la tension sur le transistor est déterminé par la capacité du condensateur C9 (le temps d'augmentation est d'environ 1 μs). Lors de la prochaine ouverture du transistor VT4, ce condensateur se décharge à travers la résistance R16. L'élément principal du système de protection est le capteur de courant de charge, réalisé sur le transformateur de courant T1. Avec un seul signal du générateur d'horloge, le déclenchement du dispositif de protection, monté sur les éléments DD2.3, DD2.4, est remis à zéro (niveau 0 en sortie de l'élément DD2.4). A ce moment, le transistor VT4 est fermé. Lorsqu'il s'ouvre, une tension augmentant linéairement est fournie à l'entrée supérieure de l'élément DD2.3. Lorsque le courant de charge est inférieur à la valeur maximale, la tension à l'entrée supérieure de l'élément DD2.3 ne dépasse pas le seuil. En cas de surcharge, le courant collecteur du transistor VT4 atteint une valeur pour laquelle la tension à l'entrée supérieure de l'élément DD2.3 dépasse sa valeur seuil et le déclencheur de protection passe à l'état simple (niveau 1 en sortie de l'élément DD2.4). Dans ce cas, le déclencheur DD3.1 est mis à zéro et le transistor VT4 se ferme. Le stabilisateur passe en mode limitation de courant de charge, sa tension de sortie diminue. Ce mode n'est pas dangereux pour le stabilisateur (le courant collecteur du transistor VT4 est limité), mais peut s'avérer inacceptable pour la charge. Afin de protéger la charge, le deuxième étage du système de protection est activé, composé d'un circuit intégrateur VD2R6R10C6 et d'un déclencheur unique DD3.2. L'état initial du déclencheur DD3.2 est zéro. Si la surcharge persiste pendant plus de 70...150 ms (selon sa multiplicité), la tension sur le condensateur C6, en augmentant, atteint la valeur seuil et le déclencheur DD3.2 passe à l'état unique pendant un temps d'environ 2 s. . Un seul état à l'entrée inférieure de l'élément DD2.2 interdit la fourniture d'impulsions d'horloge au déclencheur DD3.1 et le stabilisateur est désactivé. Pendant ce temps, le condensateur C6 est déchargé via la résistance R10 et le condensateur C8 est chargé via la résistance R13 jusqu'à la valeur seuil et le déclencheur DD3.2 est réglé sur son état d'origine. Le stabilisateur démarre automatiquement. Si la surcharge n’est pas résolue, le processus est répété. Le courant de réponse du système de protection peut varier dans de larges limites en sélectionnant la résistance R7. À mesure que la résistance augmente, le courant diminue proportionnellement. Une grande stabilité de la tension de sortie est assurée en alimentant l'unité de commande SHI à partir d'un stabilisateur paramétrique basé sur une diode Zener VD4, alimenté par un générateur de courant VT1 VD1. La figure 2 montre graphiquement la dépendance de l'efficacité du stabilisateur sur le courant de charge à trois valeurs caractéristiques de la tension d'alimentation. Il est facile de voir que l'efficacité a un maximum dans la plage de courant de charge de 3 à 8 A. Si le stabilisateur est destiné à être utilisé avec un courant de charge compris entre 10 et 15 A, alors il est il est conseillé de décaler le maximum de son efficacité vers un courant plus élevé en remplaçant la résistance R11 par une autre, résistance 2,2...2,4 Ohm.
La figure 3 montre la caractéristique de charge du stabilisateur. Le graphique montre que la stabilité de la tension de sortie est très élevée (5 V ±2 %) et est suffisante pour alimenter des appareils fabriqués sur des microcircuits numériques de n'importe quelle série.
Les transformateurs T1-T3 et les selfs L2, L4 sont réalisés sur des noyaux magnétiques annulaires de taille standard K20x12x6 en ferrite 2000NM1. Dans le noyau magnétique du transformateur T2 et les selfs L2, L4, il est nécessaire de prévoir un entrefer amagnétique de 0.4 mm de large. Pour ce faire, il est préférable de couper l'anneau en deux avec un disque diamanté ou, dans les cas extrêmes, de le fendre, puis de le remonter en plaçant dans les deux coupes un joint de 0,2 mm d'épaisseur composé de plusieurs couches de papier fin, richement imprégné. avec de la résine époxy. Après avoir connecté les moitiés du circuit magnétique, elles sont fermement comprimées et la résine peut durcir. L'excès de résine durcie est enlevé avec une lime. Le papillon L4 est enroulé sur deux anneaux similaires, repliés ensemble de manière à ce que leurs écarts coïncident nécessairement. L'enroulement 1 du transformateur T1 est un tour de fil toronné d'une section d'au moins 1 mm2. Puisqu'il est très important d'assurer un couplage électromagnétique maximal entre les enroulements, cette spire ne peut pas être enroulée sur la distance la plus courte entre son début et sa fin. Il est placé sur un circuit magnétique (enveloppé de plusieurs couches de tissu vernis) de manière à ce que le début et la fin du tour soient situés l'un à côté de l'autre sur la face extérieure du cylindre annulaire, et que le milieu soit adjacent au point le plus éloigné de le début et la fin sur la surface intérieure du trou de l'anneau. L'enroulement II contient 200 tours de fil PEV-1 0,1. L'enroulement 1 du transformateur T2 contient 7 tours de fil toronné d'une section d'au moins 1 mm2, l'enroulement II - 7 tours de fil PEV-1 0,68. L'enroulement I du transformateur T3 contient 120 tours de fil PEV-1 0,25 et l'enroulement II contient 10 tours de fil PEV-1 0,68. Papillon L1 - D-0,1. Vous pouvez en utiliser un autre avec un courant admissible d'au moins 30 mA. L'enroulement de l'inducteur L2 contient 35 tours de fil PEV-1 de 0,68 mm, et l'inducteur L4 contient 5 tours de fil toronné d'une section d'au moins 2 mm2. L'inducteur L3 est réalisé dans un noyau magnétique blindé B48 en ferrite 2000NM1 avec un espace de 0,6 mm dans la tige centrale. Son bobinage contient 10 tours, constitués d'un faisceau de 25 fils PEV-1 0,44. La résistance active du bobinage est d'environ 4 MOhm. La valeur moyenne du courant circulant dans l'inducteur L2 est de 2 A, L3, L4 - 18 A. Les microcircuits utilisés dans l'appareil peuvent être remplacés par des microcircuits similaires de la série K564. Condensateurs C7 C10-C14 - K50-24... À leur place, vous pouvez utiliser K50-27, K50-29, K50-31, K52-1. Condensateurs C8, C4 - K50-6, les autres sont de la série KM. Résistances fixes - MLT, résistance d'ajustement R18 - SP14-1. Lors du test de l'appareil, transistors VT2, VT4, diodes VD5, VD11. Les VD13 ont été installés sur un dissipateur thermique à plaques commun en duralumin d'une épaisseur de 5 mm et d'une surface de 400 cm2. Lors d'un fonctionnement prolongé du stabilisateur avec un courant de charge de 15 A et un dissipateur thermique vertical, sa température n'a pas dépassé 50 °C.
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